(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織に照射されるレーザ光を発するレーザ光源と、
このレーザ光源を駆動させる駆動回路と、
前記レーザ光を伝搬させる光伝搬手段と、
この光伝搬手段で伝搬されたレーザ光を生体組織に照射する光照射部、およびこのレーザ光の照射を受けた生体組織から発せられた音響波を検出する音響波検出部を有するプローブと、
前記音響波検出部の出力を処理して光音響画像を構築する画像構築部と、
前記駆動回路にレーザ駆動指令信号を送る制御部とを備えてなる光音響画像化装置において、
前記制御部に前記制御部の状態を確認する状態確認信号を送り、そのとき前記制御部から前記制御部が正常状態にあることを示す信号が返送されない場合は、前記駆動回路を、前記レーザ駆動指令信号の入力の有無に関わらずレーザ光源を駆動させない状態に設定する光照射制限手段が設けられたことを特徴とする光音響画像化装置。
【請求項２】
前記光照射制限手段が、装置使用者によって操作される光照射スイッチに接続され、前記光照射スイッチから光照射指令信号が入力されたとき、前記制御部に状態確認信号を送るように構成されていることを特徴とする請求項１記載の光音響画像化装置。
【請求項３】
前記光照射スイッチが、前記プローブと一体的に設けられていることを特徴とする請求項２記載の光音響画像化装置。
【請求項４】
前記光照射制限手段が、前記状態確認信号を定期的に前記制御部に送るように構成されていることを特徴とする請求項１記載の光音響画像化装置。
【請求項５】
前記光照射制限手段が、前記レーザ光源および前記駆動回路を含むレーザ光源ユニットに搭載され、
前記制御部が、前記レーザ光源ユニットとは別体とされたユニットに搭載されていることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項６】
前記制御部が、少なくとも、前記制御部の内部メモリの書き込み／読み出しが正常に行われるとき、前記正常状態にあることを示す信号を前記光照射制限手段に返送するように構成されていることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項７】
前記制御部が、少なくとも、前記制御部とこの制御部によって動作が制御される手段との間の通信が正常に行われるとき、前記正常状態にあることを示す信号を前記光照射制限手段に返送するように構成されていることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項８】
前記制御部が、前記状態確認信号を受けたとき、所定の機能が正常に実行されるか否かを自己診断し、この自己診断の結果に基づいて前記正常状態にあることを示す信号を前記光照射制限手段に返送するように構成されていることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光音響画像化装置すなわち、生体組織に光を照射し、光照射に伴って発生する音響波に基づいて生体組織を画像化する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１や非特許文献１に示されているように、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響画像化装置が知られている。この光音響画像化装置においては、例えばパルスレーザ光等のパルス光が生体内に照射される。このパルス光の照射を受けた生体内部では、パルス光のエネルギーを吸収した生体組織が熱によって体積膨張し、音響波（音響信号）を発生する。そこで、この音響波を超音波プローブなどで検出し、その検出信号に基づいて生体内部を可視像化することが可能となっている。
【０００３】
そのような光音響画像化装置においては、特許文献１にも記載されているように、レーザ光を伝搬させる光ファイバの先端部等からなる光照射部および、このレーザ光の照射を受けた生体組織から発せられた音響波を検出する音響波検出部を有するプローブ（探触子）を用いることが考えられている。そしてその種のプローブは、上記光ファイバを介してレーザ光源に接続され、このレーザ光源から発せられたレーザ光がプローブの光照射部まで導かれるようになっている。
【０００４】
また一般に、音響波検出部の後段側の部分、つまり該検出部の出力信号を処理して光音響画像を構築する画像構築部等の動作は制御部によって制御されるが、それらの動作タイミングはレーザ光照射のタイミングに基づいて決定する必要があることから、レーザ駆動開始の時期も上記制御部が発するトリガー信号によって制御される場合が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１３８０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】A High-Speed Photoacoustic Tomography System based on a Commercial Ultrasound and a Custom Transducer Array, Xueding Wang, Jonathan Cannata, Derek DeBusschere, Changhong Hu, J. Brian Fowlkes, and Paul Carson, Proc. SPIE Vol. 7564, 756424 (Feb.23, 2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述のような制御部が異常状態に陥ると、装置操作者が光照射スイッチをＯＮにした後ＯＦＦにしてもレーザ光源が駆動し放しになるような事態も起こり得る。このようにして、装置操作者が意図していないときにレーザ光源が駆動すると、プローブの光照射部が装置操作者や被検者の目等を向いているときにレーザ光が誤射される可能性もあり、レーザ光に対する安全性が損なわれてしまう。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光源の動作を制御する制御部の異常によってレーザ光が誤射されることを防止できる光音響画像化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光音響画像化装置は、
生体組織に照射されるレーザ光を発するレーザ光源と、
このレーザ光源を駆動させる駆動回路と、
前記レーザ光を伝搬させる光伝搬手段と、
この光伝搬手段で伝搬されたレーザ光を生体組織に照射する光照射部、およびこのレーザ光の照射を受けた生体組織から発せられた音響波を検出する音響波検出部を有するプローブと、
前記音響波検出部の出力を処理して光音響画像を構築する画像構築部と、
前記駆動回路にレーザ駆動指令信号を送る制御部とを備えてなる光音響画像化装置において、
前記制御部に、この制御部の状態を確認する状態確認信号を送り、そのとき該制御部からそれが正常状態にあることを示す信号が返送されない場合は、前記駆動回路を、前記レーザ駆動指令信号の入力の有無に関わらずレーザ光源を駆動させない状態に設定する光照射制限手段が設けられたことを特徴とするものである。
【００１０】
なお上記の光照射制限手段は、例えばプローブに取り付けられて装置使用者によって操作される光照射スイッチに接続され、この光照射スイッチから光照射指令信号が入力されたとき、前記制御部に状態確認信号を送るように構成されていることが望ましい。
【００１１】
あるいは、光照射制限手段は、状態確認信号を定期的に前記制御部に送るように構成されてもよい。このように「状態確認信号を定期的に送る」とは、具体的には、光音響画像化装置の立ち上げ時にその都度送ったり、光音響画像化装置が所定時間や所定日数稼働する毎に送ったり、さらには、光音響画像化装置が稼働している間に数秒あるいは数分毎に送ったりすることが挙げられる。
【００１２】
また本発明の光音響画像化装置においては、前記光照射制限手段が、レーザ光源およびその駆動回路を含むレーザ光源ユニットに搭載される一方、前記制御部が、レーザ光源ユニットとは別体とされたユニットに搭載されていることが望ましい。
【００１３】
他方、前記制御部は、少なくとも、前記制御部の内部メモリの書き込み／読み出しが正常に行われるとき、前記正常状態にあることを示す信号を前記光照射制限手段に返送するように構成されていることが好ましい。
【００１４】
あるいは、前記制御部は、少なくとも、前記制御部とこの制御部によって動作が制御される手段との間の通信が正常に行われるとき、前記正常状態にあることを示す信号を前記光照射制限手段に返送するように構成されてもよい。
【００１５】
また前記制御部は、前記状態確認信号を受けたとき、所定の機能が正常に実行されるか否かを自己診断し、この自己診断の結果に基づいて前記正常状態にあることを示す信号を前記光照射制限手段に返送するように構成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光音響画像化装置によれば、制御部にその状態を確認する状態確認信号を送り、そのとき該制御部からそれが正常状態にあることを示す信号が返送されない場合は、レーザ光源の駆動回路を、レーザ駆動指令信号の入力の有無に関わらずレーザ光源を駆動させない状態に設定する光照射制限手段が設けられたので、制御部が異常状態に陥っていると、レーザ駆動指令信号が入力されない場合は勿論のこと、レーザ駆動指令信号が入力されてもレーザ光源は駆動されないので、制御部の誤作動からレーザ光が誤射されることがなくなり、レーザ光に対する安全性が保たれるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による光音響画像化装置の概略構成を示すブロック図
【図２】図１の装置に用いられた超音波探触子を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による光音響画像化装置の基本構成を示すブロック図である。この光音響画像化装置１００は一例として超音波画像も取得可能とされたものであって、超音波を生体である被検体６０に向けて送信し、またそこで反射した超音波を受信するための超音波ユニット１０と、光音響画像取得のために被検体６０に向けて照射されるレーザ光を発するレーザ光源ユニット３０と、プローブ５０と、生成された超音波画像および光音響画像を表示する画像表示手段７０とを有している。
【００１９】
上記超音波ユニット１０は、該ユニットに含まれる各手段およびレーザ光源ユニット３０の動作を制御する制御部１１、この制御部１１に接続されたトリガー生成部１２、超音波の送信を制御する送信制御回路１３、超音波および音響波を受信する受信部１４、この受信部１４以降、以下列挙する順に接続された加算部１５、検波手段１６、対数変換部１７、ＡＤ変換部１８および画像構築部１９を備えている。
【００２０】
レーザ光源ユニット３０は、例えばＱスイッチを備えた固体レーザであるＱスイッチレーザ３１および、このＱスイッチレーザ３１の励起源である図示外のフラッシュランプを点灯させるレーザ駆動制御部３２を備えている。レーザ駆動制御部３２は後述するようにしてトリガー信号Ｔが入力されると、上記フラッシュランプを点灯させる。それにより固体レーザ媒質が励起され、その後Ｑスイッチが開かれることにより、Ｑスイッチレーザ３１からパルスレーザ光が射出される。このパルスレーザ光は、図示外のファイバ入力光学系を介して光伝搬手段としてのバンドルファイバ３３Ｂに入力され、そこを伝搬してプローブ５０まで導かれる。バンドルファイバ３３Ｂは、多数のマルチモード光ファイバが束ねられてなるものであり、レーザ光は上記ファイバ入力光学系を構成する光分岐手段により略等光量に分岐された上で、各光ファイバに入力される。
【００２１】
なおＱスイッチレーザ３１としてより具体的には、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザと、このＮｄ：ＹＡＧレーザから発せられた例えば波長１０６４ｎｍのレーザ光を波長が１／２の第２高調波に変換するＳＨＧ（第２高調波発生）素子と、このＳＨＧ素子から出射した５３２ｎｍのレーザ光により励起されて波長７００〜９００ｎｍ程度のレーザ光を発するＴｉ：サファイアレーザとからなるもの等が適用可能である。
【００２２】
ここで図２も参照して、上記プローブ５０について詳しく説明する。このプローブ５０は、音響波検出部として、所定の方向に沿って１次元に配列された複数の圧電素子５１を有している。つまり、これらの圧電素子５１が、図１に示した変換部５１を構成している。これらの圧電素子５１は、電気を超音波に、またその反対に超音波を電気に変換するものであり、交流電圧信号Ｕを受けると超音波を発生し、超音波あるいは音響波を受けて電圧信号を発生する。本実施形態の光音響画像化装置１００は、一般的な超音波画像診断装置と同様に被検体６０の超音波画像も取得可能とされたものであり、超音波画像を取得する際には、複数の圧電素子５１から被検体６０に向けて超音波が照射される。この超音波は被検体６０で反射して圧電素子５１に入射し、そこで電気信号に変換される。なお、この超音波画像の取得は従来公知の方法によって行えばよく、本発明と直接的な関わりは無いので、詳しい説明は省略する。
【００２３】
一方、バンドルファイバ３３Ｂの各光ファイバ３３の先端部は、並設された複数の圧電素子５１の両側方において該素子の並び方向に沿って配置され、レーザ光源ユニット３０から発せられたパルスレーザ光を、圧電素子５１の両側方から被検体６０に照射する。つまり並設されたそれらの光ファイバ３３の先端部が、図１に示した光照射部５２を構成している。なお図２において、光ファイバ３３および圧電素子５１の個数は概略的に示してあり、実際には図示の状態よりも多数の光ファイバ３３および圧電素子５１が高密度に配設されている。
【００２４】
具体的に本実施形態では、圧電素子５１が１９２個並べて設置されており、一例としてそれらの１／３つまり６４個ずつを用いて、被検体６０の部分領域の光音響画像が取得されるようになっている。図２に示す５３ａ、５３ｂおよび５３ｃは、それらの部分領域にパルスレーザ光が照射されたことを検出するためのものである。また図１に示す通りプローブ５０には、装置操作者によって操作される光照射スイッチ５４が取り付けられている。この光照射スイッチ５４がＯＮにされると、後述の通りにして被検体６０へのレーザ光照射がなされる。
【００２５】
以下、上記構成を有する光音響画像化装置１００における光音響画像の取得について、図１を参照して説明する。光音響画像を取得する際に装置操作者によってプローブ５０の光照射スイッチ５４がＯＮにされると、その旨を示す信号Ｒが超音波ユニット１０の制御部１１に入力される。制御部１１はこの信号Ｒを受けるとトリガー生成部１２にトリガー（レーザ駆動指令信号）Ｔの生成を指示し、該トリガー生成部１２は生成したトリガーＴをレーザ光源ユニット３０のレーザ駆動制御部３２に入力する。レーザ駆動制御部３２はこのトリガーＴを受けると、前述した通りにしてＱスイッチレーザ３１を駆動させ、そこからパルスレーザ光を射出させる。
【００２６】
なお、上述のように光照射スイッチ５４がＯＮにされても、Ｑスイッチレーザ３１が停止したままにされることもあるが、その点については後述する。
【００２７】
このパルスレーザ光はバンドルファイバ３３Ｂを伝搬し、その各光ファイバ３３の先端部から構成される光照射部５２から被検体６０に向けてパルスレーザ光が照射される。このパルスレーザ光が被検体６０の内部組織に照射されると、そこから音響波が発生し、この音響波が圧電素子５１によって検出される。
【００２８】
このとき圧電素子５１が出力するアナログの電圧信号ＰＡは受信部１４に受信され、次に加算回路１５において、前述した被検体６０の部分領域毎の信号（つまり６４個の圧電素子５１毎の信号）が加算される。加算された信号は次に検波手段１６において例えば包絡線検波を受け、対数変換部１７において対数変換され、ＡＤ変換部１８においてデジタル化される。このデジタル化された信号は画像構築部１９の内部メモリに一時格納された後、所定の画像再構成処理にかけられて、被検体６０の内部組織を示す光音響画像を示す画像信号が得られる。この画像信号は、例えば液晶表示装置やＣＲＴ表示装置等からなる画像表示手段７０に入力され、そこで光音響画像が表示される。
【００２９】
上記画像構築部１９における詳細な画像構築手順について詳しい説明は省略するが、その機能は、例えばコンピュータが所定のプログラムに従って動作することで実現可能である。あるいは画像構築部１９の機能を、ＤＳＰ（digital Signal Processor）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などで実現してもよい。
【００３０】
なお、超音波画像の取得時には、トリガー生成部１２からトリガーＴが超音波の送信制御回路１３に送られ、この送信制御回路１３から電圧信号Ｕが圧電素子５１に入力される。それにより圧電素子５１から超音波が被検体６０に向けて発せられる。この超音波は被検体６０の内部組織で反射し、反射した超音波が圧電素子５１によって検出される。そして、このときの圧電素子５１の出力信号ＵＲに基づいて被検体６０の超音波画像が構築され、その超音波画像が画像表示手段７０に表示される。
【００３１】
ここで、制御部１１が異常状態に陥ると、装置操作者が光照射スイッチ５４をＯＮにした後ＯＦＦにしてもＱスイッチレーザ３１が駆動し放しになるような事態も起こり得る。このようにして、装置操作者が意図していないときにＱスイッチレーザ３１が駆動すると、プローブ５０の光照射部５２が装置操作者や被検者６０の目等を向いているときにレーザ光が誤射される可能性もあり、レーザ光に対する安全性が損なわれてしまう。
【００３２】
このような問題を防止するために、レーザ光源ユニット３０のレーザ駆動制御部３２は、本発明における光照射制限手段も兼ねるものとなっている。すなわちこのレーザ駆動制御部３２には、光照射スイッチ５４がＯＮにされたとき出力される信号Ｒが入力されるようになっており、レーザ駆動制御部３２はこの信号Ｒを受けると制御部１１に状態確認信号Ｑを送る。制御部１１はこの状態確認信号Ｑを受けると、自身が正常であるか異常であるかを判定する複数項目について自己診断テストする。この複数項目としては例えば、制御部１１の内部メモリの書き込み／読み出しが正常に行われるか否か、さらには、制御部１１と該制御部１１によって動作が制御される手段（前述した送信制御回路１３から画像構築部１９までの手段１３〜１９の全部、あるいはそれらのうちの特定のいくつか）との間の通信が正常に行われるか否か、といった項目が挙げられる。制御部１１はこの自己診断の結果、何も異常が無いと判断すると、正常状態にあることを示す信号Ａをレーザ駆動制御部３２に返送する。
【００３３】
レーザ駆動制御部３２は、状態確認信号Ｑを出力してから所定時間、信号Ａが返送されて来るのを待つが、その所定時間の間に信号Ａが返送されて来ない場合は、それ以降に前述のトリガーＴが入力されてもＱスイッチレーザ３１を駆動させない。なお、上記所定時間以内にトリガーＴがレーザ駆動制御部３２に入力されるようになっている場合、レーザ駆動制御部３２はそのトリガーＴをホールドする。そしてレーザ駆動制御部３２は、信号Ａが返送されて来たらホールドを解除してＱスイッチレーザ３１を駆動させ、信号Ａが所定時間内に返送されて来なければ、Ｑスイッチレーザ３１をそのまま停止状態に維持する。
【００３４】
以上の通り本実施形態の光音響画像化装置１００においては、レーザ駆動制御部３２にトリガーＴが入力され、かつ信号Ａも返送されて来た場合に限ってＱスイッチレーザ３１が駆動されるようになっている。したがって、制御部１１に何らかの異常が有る場合はＱスイッチレーザ３１が駆動されないので、装置操作者の意図に反してＱスイッチレーザ３１が駆動し放しになるようなことが確実に防止され、レーザ光に対する安全性が確保される。
【００３５】
なお、上述のように制御部１１が正常状態にあることを示す信号Ａをレーザ駆動制御部３２に返送する代わりに、制御部１１が自身の異常を確認できたときは、異常を示す異常信号をレーザ駆動制御部３２に入力するように構成してもよい。そのようにする場合、レーザ駆動制御部３２は、トリガーＴが入力され、かつ所定時間以内に異常信号が入力されない場合に限ってＱスイッチレーザ３１を駆動するように構成すればよい。
【００３６】
また、本実施形態におけるように、光照射スイッチ５４がＯＮにされる都度レーザ駆動制御部３２から状態確認信号Ｑを出力させる他、光照射スイッチ５４の操作とは無関係に状態確認信号Ｑを定期的に制御部１１に送るように構成してもよい。すなわち、より具体的には状態確認信号Ｑを、光音響画像化装置１００の立ち上げ時にその都度送ったり、光音響画像化装置１００が所定時間や所定日数稼働する毎に送ったり、さらには、光音響画像化装置１００が稼働している間に数秒あるいは数分毎に送ったりしてもよい。
【００３７】
さらに本実施形態では、レーザ駆動制御部３２が光照射制限手段を兼ねているが、光照射制限手段はレーザ駆動制御部３２とは別体に形成されてもよい。さらに、光照射制限手段の設置場所はレーザ光源ユニット３０に限られるものではなく、その他例えば、超音波ユニット１０に設置されても構わない。
【００３８】
またレーザ光源としては、上記実施形態で用いられた固体レーザの他、アレキサンドライトレーザ等のその他の固体レーザや、発振波長が最大８００ｎｍ程度のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ、発振波長が最大９００ｎｍ程度のＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ等も適用可能である。さらには、半導体レーザを種光源とする光増幅型レーザ光源と光波長変換素子との組み合わせからなるもの、より具体的には、波長１５６０ｎｍ程度のレーザ光を発する半導体レーザと、そのレーザ光を増幅する偏波保存型Ｅｒ（エルビウム）添加光ファイバからなるファイバ増幅器と、そこで増幅された上記レーザ光を波長７８０ｎｍ程度の第２高調波に変換するＳＨＧ（第２高調波発生）素子とからなるもの等も適用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０    超音波ユニット
１４    受信部
１５    加算部
１６    検波手段
１７    対数変換部
１８    ＡＤ変換部
１９    画像構築部
３０    レーザ光源ユニット
３１    Ｑスイッチレーザ
３２    レーザ駆動制御部（光照射制限手段）
３３    光ファイバ
３３Ｂ  バンドルファイバ
５０    プローブ
５１    圧電素子（音響波検出部）
５２    光照射部
５４    光照射スイッチ
６０    被検体
７０    画像表示手段
【図１】
0005469112.tif 000002
【図２】
0005469112.tif 000003